CN108539810A - 一种电池电源保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池电源保护电路，包括多组桥电路、单片机及多组控制电路。每组控制电路包括两个P沟道MOS管，一个P沟道MOS管的S极与桥电路的输出端连接，P沟道MOS管的D极与另一个P沟道MOS管的D极连接，另一个P沟道MOS管的S极与另一组控制电路P沟道MOS管的S极连接；每组桥电路由四个MOS管组成用于实现电源正反接，每组桥电路与每组控制电路对应连接，在每组桥电路的输出端与控制电路的连接电路之间设置电压检测点，单片机根据电压检测值控制每组控制电路中MOS管的通断防止反向充电。本发明能够实现电池电源的低功耗、可正反接以及防止反向充电。

Description

一种电池电源保护电路

技术领域

本发明涉及电池电源保护技术领域，具体涉及一种电池电源保护电路。

背景技术

使用电池供电的便携式设备如手持热像仪、微光夜视仪、枪瞄等需使用电池、电芯装入供电的设备，需要保护电池电源，具体涉及保护电路低功耗，正反插入均可接入，涉及多组电池接入、同时可外接直流适配器供电，防止电芯间的反向充电。目前，电源保护电路，在实际使用中已广泛应用，但作用普遍单一，有以下不足：

1)电源保护电路多为防反接保护，用于电池反接保护设备不损坏，并不能在电池反接的情况下正常使用。

2)由二极管组成的电源保护电路，由于二极管导通电流存在压降，在设备工作电流较大的情况下会导致功耗较大。

3)由MOS管组成的电源保护电路可用于单节电池正反接使用，多节电池并联使用没有防止电量不同的电池间相互充电功能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电池电源保护电路，能够实现电池电源的低功耗、可正反接以及防止反向充电。

本发明的具体实施方式如下：

一种电池电源保护电路，包括多组桥电路、单片机及多组控制电路；

每组控制电路包括两个P沟道MOS管，一个P沟道MOS管的S极与桥电路的输出端连接，所述P沟道MOS管的D极与另一个P沟道MOS管的D极连接，另一个P沟道MOS管的S极与另一组控制电路P沟道MOS管的S极连接；

每组桥电路由四个MOS管组成用于实现电源正反接，每组桥电路与每组控制电路对应连接，在每组桥电路的输出端与控制电路的连接电路之间设置电压检测点，所述单片机根据电压检测值控制每组控制电路中MOS管的通断防止反向充电。

进一步地，所述桥电路由两个P沟道MOS管和两个N沟道MOS管组成。

进一步地，分别在CPU供电端和地之间以及控制电路输出端和地之间增加电容。

进一步地，在桥电路的输出端连接电阻后接地。

有益效果：

1、本发明由于电路选用的均是MOS管，且充分利用MOS管的饱和导通特性，电路自身耗电低，在使用锂电芯、普通电池供电时，可有效延长工作时间；四个MOS管组成的桥电路能够实现电源可正反接功能；由四个P沟道MOS管组成的控制电路和单片机连接，实现防止反向充电功能。

2、本发明增加电容可防止设备在震动时可能出现的由于电池接触不良导致的瞬间掉电现象。

3、本发明通过在桥电路的输出端连接电阻后接地进行分压，实现宽范围电池电压输入。

附图说明

图1为单片机芯片及外围电路图；

图2为两个P沟道MOS管和两个N沟道MOS管组成的桥电路示意图；

图3为另外两个P沟道MOS管和两个N沟道MOS管组成的桥电路示意图；

图4为四个P沟道MOS管组成的控制电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种电池电源保护电路，能够实现电池电源的低功耗、可正反接以及防止反向充电，如图1所示，包括可供电池正反接使用的多组桥电路、单片机以及防止反向充电的多组控制电路。

以两组桥电路为例。如图2所示，一组桥电路由两个P沟道MOS管Q1、Q3和两个N沟道MOS管Q2、Q4组成，成本低。

Q1的D极连接电池的BAT1B端，Q1的G极连接电池的BAT1A端，Q1的S极连接Q3的S极，Q1的S极与Q3的S极之间的连接电路上设有桥电路的V0+输出端，Q3的D极连接电池的BAT1A端，Q3的G极连接电池的BAT1B端；两个N沟道MOS管Q2、Q4的连接形式与两个P沟道MOS管Q1、Q3的连接形式一致，Q2、Q4串联后的电路与Q1、Q3串联后的电路并联。Q2的S极与Q4的S极之间的连接电路上设有桥电路的V0-输出端。D极指漏极，G极指栅极，S极指源极。如此组成的桥电路能够实现电池的BAT1A和BAT1B两端不管是正向还是反向接入电源，V0+输出电源为正，V0-输出电源为负。

当电池的BAT1A为正电压输入时，BAT1B为电源地，Q1为P沟道MOS管，Vgs即栅极与源极之间电压不满足导通要求，Q1截止。Q3为P沟道MOS管，Vgs满足饱和导通要求，Q3导通。Q2为N沟道MOS管，Vgs满足饱和导通要求，Q2导通。Q4为N沟道MOS管，Vgs不满足导通要求，Q4截止。同理，当BAT1B为正电压输入时，BAT1A为电源地时，Q1导通，Q3截止，Q2截止，Q4导通。综上，无论输入两端的哪一端为电源正，输出的电压V0+为正，V0-为负，且满足饱和导通。

如图3所示，由两个P沟道MOS管Q5、Q7和两个N沟道MOS管Q6、Q8组成的桥电路，能够实现电池的BAT2A和BAT2B两端正反接入电源，V1+输出电源正，V1-输出电源负，使用原理和图2电路相同。

单片机供电方案：如图1所示，V0+和V1+通过肖特基二极管给单片机供电，原理图所用单片机芯片ATtiny24V供电电压为1.8V-5.5V，V0-和V1-通过0欧姆电阻隔离共地，如图4所示。

通过单片机控制每组控制电路中MOS管的通断防止反向充电，通过在每组桥电路的输出端与控制电路的连接电路之间设置电压检测点，由单片机根据电压检测值控制MOS管的通断来实现。

如图1所示，单片机PA0，PA1端口分别采样ADV0，ADV1位置电压，来计算两组桥电路的输出电压，ADV0、ADV1分别为两个桥电路的V0+输出端和V1+输出端。由于输入电压是可浮动变化的，所以通过分压计算出输出电压值，在桥电路的输出端连接电阻后接地。以输入最高为5V计算，通过电阻分压最高采样电压为1V，可根据输入电压范围来调整电阻，使分压采样电压最高为1V，利用芯片内部1V基准来计算。芯片PA2端口采样ADVOUT电压，即在两组控制电路的连接电路之间设置电压检测点，防止输出端的高电压，能够防止电量不同的电池间相互充电。

具体连接方式为：

两组控制电路由四个P沟道MOS管Q9、Q10、Q11、Q12组成，如图4所示。其中Q9，Q10为一组，通过芯片PB0控制，Q11，Q12为一组通过芯片PB1控制。P沟道MOS管Q9的S极与桥电路的V0+输出端连接，P沟道MOS管Q9的D极与P沟道MOS管Q10的D极连接，P沟道MOS管Q10的S极与另一组控制电路Q12的S极连接。

当有电压输入时，单片机启动，控制PB0和PB1口置高，Q9、Q10、Q11、Q12均为截止状态。当采样值ADV0>ADV1时，PB0置低，Q9、Q10导通且满足饱和导通，PB1口置高，Q11，Q12保持截止状态；当采样值ADV0<ADV1时，PB1置低，Q11、Q12导通且满足饱和导通，PB0口置高，Q9，Q10保持截止状态；芯片设置定时器，定时检测ADV1和ADV2的电压状态。通过此项设置，可防止电池间反向充电。当ADVOUT检测电压高于ADV1和ADV2时，PB0、PB1口置高，使Q10、Q12截止，一定程度防止输出端有高于输入端的电压反向输入。

若要扩展多组电芯，可以通过增加输入桥电路和控制电路来实现更多组路的电压输入。如需三路输入可在现有方案的基础上再增加一组输入桥电路、一组控制电路以及一个电压检测点，通过单片机检测控制实现三路输入的电源保护。

由于电路选用的均是MOS管，且充分利用MOS管的饱和导通特性，电路自身耗电低，在使用锂电芯、普通电池供电时，可有效延长工作时间。

优选地，分别在单片机供电端VCC和地之间、控制电路输出端VOUT和地之间增加大电容C1、C2，可防止设备在震动时可能出现的由于电池接触不良导致的瞬间掉电现象。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电池电源保护电路，其特征在于，包括多组桥电路、单片机及多组控制电路；

每组控制电路包括两个P沟道MOS管，一个P沟道MOS管的S极与桥电路的输出端连接，所述P沟道MOS管的D极与另一个P沟道MOS管的D极连接，另一个P沟道MOS管的S极与另一组控制电路P沟道MOS管的S极连接；

每组桥电路由四个MOS管组成用于实现电源正反接，每组桥电路与每组控制电路对应连接，在每组桥电路的输出端与控制电路的连接电路之间设置电压检测点，所述单片机根据电压检测值控制每组控制电路中MOS管的通断防止反向充电。

2.如权利要求1所述的电池电源保护电路，其特征在于，所述桥电路由两个P沟道MOS管和两个N沟道MOS管组成。

3.如权利要求1所述的电池电源保护电路，其特征在于，分别在CPU供电端和地之间以及控制电路输出端和地之间增加电容。

4.如权利要求1所述的电池电源保护电路，其特征在于，在桥电路的输出端连接电阻后接地。